Análise do efeito de implementação de armazenamento térmico em banco de gelo e armazenamento elétrico em baterias Sódio-Enxofre (NaS) sobre o custo de exploração de edifícios de serviços

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Portugal praticamente não possui recursos energéticos fósseis endógenos, nomeadamente aqueles que asseguram as necessidades energéticas da maioria dos países desenvolvidos – o petróleo, o carvão e o gásnatural. Esta escassez de recursos fósseis conduz a uma elevada dependência energética externa [1]. No entanto, a crescente utilização das energias renováveis como aenergia solar, eólica e geotérmica a nível nacional contribuem para a diminuição da dependência energética externa [2]. Portanto a otimização da utilização dos recursos energéticos possui elevada importância, facto que justifica a pesquisa de soluções que melhorem a exploração dos recursos energéticos. No contexto indicado, efetua-se o estudo da viabilidade da implementação das soluções que minimizem o custo com a fatura de energia elétrica, com a utilização da energia da rede nos períodos de vazio e super-vazio da tarifa de energia elétrica, períodos ao quais se efetua o carregamento da bateria Sódio-Enxofre (NaS) e o chiller fornece a potência térmica ao banco de gelo. A energia armazenada é utilizada durante os períodos de cheio e de ponta da tarifa de energia elétrica. Efetuou-se o estudo das viabilidades de implementação das soluções de armazenamento térmico em banco de gelo (Solução 1), e do armazenamento térmico em banco de gelo conjugado com o armazenamento de energia elétrica na bateria sódio-enxofre. Os encargos com as soluções propostas foram comparadoscom os encargos com a solução tradicional de fornecimento de arrefecimento com recurso ao chiller, do qual se obteve um tempo de amortização simples de 5,7 anos para a solução 1 e 47,7 anos para a solução 2. Pela análise dos tempos de amortização simples, concluiu-se que a solução 1 é viável e que a solução 2 é impraticável.

Abstract: Portugal has practically no indigenous fossil energy resources, including those that ensure the energy needs of the most developed countries - oil, coal and natural gas. This scarcity of fossil fuels leads to a high external energy dependence [1]. However, the increasing use of renewable energy such as solar, wind and geothermal energy at national level contribute to the reduction of external energy dependency [2]. Therefore, the optimization of use of energy resources is highly relevant, a fact which justifies the search of solutions that enable the energy resources exploration. At the indicated context, makes up the study of thefeasibility of implementing solutions that minimize the cost of the electricity invoice, with the use of power from the grid in off-peak hours of the electricity tariff, during which takes place the charging of the sodium-sulfur battery (NaS) and the chiller loads the thermal energy to the ice bank. The stored energy is used during the peak hours of the electricity tariff. Studies up two solutions, the ice bank thermal storage (Solution 1), and the ice bank thermal storage in conjunction with electricity storage in the sodium-sulfur battery. The costs of the proposed solutions were compared with the costs of traditional cooling supply solution with only the chiller application, which results a simple payback time of 5.7 years for the solution 1 and 47.7 years for solution 2. From the analysis of simple payback times, it was concluded that the solution 1is feasible and that the solution 2 is impractical.